JP2010532271A - コーナー凹み部を有する切削インサート - Google Patents

Abstract

本発明は、被切削物で発生するチップを效果的に制御しうる構造を有する切削工具用インサートを開示する。本発明に係る、上部面、下部面及びこれらを連結する多数の側面を有し、中央部に中心孔が形成された多角形状を有する切削インサートは上部面の最高高さに平坦な着座面が形成され、上部面と多数の側面の境界部には上端に側面切削刃がそれぞれ形成された多数の側面切削エッジ部が形成され、隣接する２つ側面切削刃の境界部には先端にコーナー切削刃が形成されたコーナー切削エッジ部が形成され、コーナー切削エッジ部はコーナー切削刃から中心孔に向かう対角線に沿ってランド部、下向き傾斜面、角底面、第１上向き傾斜面、第１突起部、第２上向き傾斜面、第２突起部、上向き溝面及び着座面が順次形成され、角底面の高さが対角線に沿って最も低い。

Description

本発明は、切削インサートに関し、特に切削加工時、被切削物で発生するチップを容易に制御しうる構造を有する切削インサートに関するものである。

一般的に、ドリリング（drilling）加工、ミーリング（milling）加工及び旋削（turning）加工のような切削加工の分野で切削ツール（tool）が使用される。ドリリング加工及びミーリング加工分野で、ツールは回転する特性を有し、固定された、そして移動可能な被切削物（work-piece）の加工に有効である。

一方、旋削加工に使用されるツールは固定された状態で回転する被切削物を加工する目的で使用される。一般的に、加工ツールはホルダー及びクランプ手段を介してホルダーの取り付け面に固定され、被切削物と接触する切削インサートを含む。

加工ツールを用いた旋削加工時、切削インサートによって被切削物で生成されたチップ（chip）は被切削物から自然に分離、除去されなければならない。切削インサートと被切削物と間にチップが存在する場合、回転する被切削物の表面はこのチップによって影響を受ける。これを具体的に説明すれば以下の通りである。

被切削物で発生されたチップの効果的な除去は、効率的なチップ制御のための切削インサートの設計によって大きく左右される。 最小限のエネルギーを消費して熱を效果的に発散しながら、発生されたチップを変形させて切削領域から離脱させるか、又は比較的小さなチップに砕くか或いは切断させることが好ましい。

そのために適切に形成された凹部（depression）又は溝（groove）を有する切削インサート又は最小限のエネルギー消費及び効果的な熱発散でチップを変形させるか、又は砕くか或いは切断するように設計された切削エッジに隣接した突起部を有する切削インサートが提供される。

しかし、チップ形成溝の特定形状及びチップ溝の他の部分の間での円滑な移動によってチップ方向の効果的な制御は、ツール上での切削インサートの位置によって左右される。

従って、負のすくい角（negative rake angle）を有し、切削工具内に位置した切削インサートによって、切削エッジによって形成されたチップが被切削物から離隔されずに、被切削物に向かう方向に折り曲げられる。結果的に、被切削物及び加工工具に対する損傷が発生しうる。

特に、制御し難い、即ち、よく折り曲がらないチップを発生させる軟鋼を加工するために、屈曲された切削インサートが求められる。また、低移送速度及び深い切削深さの加工条件下でもチップの除去が容易で、且つ切削負荷を最小化することができる切削インサートが求められる。

本発明は、切削工程中に切削インサートの構造に起因して発生する上述したような問題点を解決するためのものであり、被切削物で発生するチップを效果的に制御しうる構造を有する切削工具用切削インサートを提供することにその目的がある。

本発明に係る、上部面、下部面及びこれらを連結する多数の側面を有し、中央部に中心孔が形成された多角形状を有する切削インサートは、上記上部面の最高高さに平坦な着座面が形成され、上記上部面と上記多数の側面の境界部には上端に側面切削刃がそれぞれ形成された多数の側面切削エッジ部が形成され、隣接する２つ側面切削刃の境界部には先端にコーナー切削刃が形成されたコーナー切削エッジ部が形成され、コーナー切削エッジ部はコーナー切削刃から中心孔に向かう対角線に沿ってランド部、下向き傾斜面、角底面、第１上向き傾斜面、第１突起部、第２上向き傾斜面、第２突起部、上向き溝面、及び着座面が順次形成され、角底面の高さが上記対角線に沿って最も低い。

ここで、第１突起部の高さはコーナー切削刃より低く、第２突起部の高さはコーナー切削刃より高い。

本発明に係る切削インサートにおいて、側面切削刃は切削刃から始めて下降及び隆起を繰り返すことで、高域帯及び低域帯が交互に配置される波形状を有する。

低域帯及び高域帯はそれぞれ側面切削刃から内側に向かって延び、内側へランド部、下向き傾斜面、側面底面、及び上向き溝面が順次に配置され、側面切削エッジ部を形成する。

低域帯の中コーナー切削刃に隣接する低域帯は上向き溝面の前方に上向き傾斜面及び延長隆起部を備え、延長隆起部は第２突起部から側面切削刃と平行した方向に延び、第２突起部の高さより低い。

コーナー切削刃と上記コーナー切削刃に隣接する低域帯の境界部には側面切削刃から内側に向かって延びるコーナーリッジが備えられ、コーナーリッジの高さは側面切削刃と同じであるか低く、角底面より高い。

上述した構造及び機能を有する本発明に係る切削インサートは、低速移送及び深い切削条件下でもチップを效果的に制御でき、切削負荷を最小化することができる。

また、側面切削エッジ部と接触する被切削物の切削面で発生する薄いチップは鋸歯状を有する側面切削エッジ部によって巻かれた状態で容易に切断することができる。

本発明に係る切削インサートの斜視図である。 本発明に係る切削インサートの平面図である。 一つのコーナー切削エッジ部の部分斜視図である。 図２の線Ａ−Ａに沿って切断した状態の断面図である。 図２の線Ｂ−Ｂに沿って切断した状態の断面図である。 図２の線Ｃ−Ｃに沿って切断した状態の断面図である。 本発明に係る切削インサートのコーナー切削エッジ部によって被切削物が切削された状態を示した図である。 本発明に係る切削インサートの側面切削エッジ部によって被切削物が切削された状態をそれぞれ示した図である。

以下、本発明を添付した図面を参考にして詳細に説明する。

図１及び図２は本発明に係る切削インサートの斜視図及び平面図であり、効果的なチップ制御が可能な構造を有する切削インサートを示している。

切削インサート１００は、上部面１、下部面及び側面２を有し、４個の側面切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０が上部面１（又は下部面）と側面２と間の交差部に形成される。また、４個のコーナー切削エッジ部２１０、２２０、２３０、２４０が隣接する２個の側面切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０の交差部にそれぞれ形成される。インサートの中央部には中心孔が形成される。

一例として、切削インサート１００は所定角度のダイヤモンド形状を有する等辺平行四辺形部材である。即ち、図２に示されるように、切削インサート１００の一側面２は隣接する他の側面に対して所定角度（鋭角）を有する。

切削インサート１００の上部面１及び下部面は実質的に平坦な着座面１Ａを有し、この着座面１Ａは、好ましくはコーナー切削エッジ部２１０、２２０、２３０、２４０上に所定高さ突出され、最高高さに形成される。この着座面１Ａは切削インサート１００が切削工具に取り付けられる時、インサート支持表面の機能を果たす。

このように、構成された切削インサート１００の側面切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０及びコーナー切削エッジ部２１０、２２０、２３０、２４０の細部的な構成を説明する。以下では、便宜上、いずれか一つの側面切削エッジ部１３０及びコーナー切削エッジ部２３０だけを例えて説明する。

（コーナー切削エッジ部）
本発明に係る切削インサート１００の全てのコーナー切削エッジ部２１０、２２０、２３０、２４０の形状は同一である。図３は図２の“Ｘ”部分の部分斜視図であり、一つのコーナー切削エッジ部２３０の構成を示している。

また、図４は図２の線Ａ−Ａに沿って切断した状態の断面図であり、図３に図示された一つのコーナー切削エッジ部２３０の断面形状を示している。

隣接する２個の側面切削エッジ部１３０、１４０の交差部に形成されたコーナー切削エッジ部２３０は、その先端にコーナー切削エッジ２３１が形成されている。コーナー切削エッジ２３１の内側の上部面には所定幅のランド部２３２及び角底面２３４が順次形成されている。角底面２３４の高さはコーナー切削エッジ２３１の高さより低く、ランド部２３２と角底面２３４は下向き傾斜面２３３に連結される。

角底面２３４の内側には所定幅を有する第１突起部２３６が形成されている。第１突起部２３６は角底面２３４の高さよりは高いが、コーナー切削エッジ２３１の高さより低い。一方、第１突起部２３６とコーナー底面２３４は第１上向き傾斜面２３５によって連結される。

第１突起部２３６の内側には所定幅を有する第２突起部２３８が形成され、第２突起部２３８の高さはコーナー切削エッジ２３１の高さより高い。第２上向き傾斜面２３７は第１突起部２３６と第２突起部２３８を連結する。第２突起部２３８の内側には着座面１Ａと連結された上向き溝面２３９が形成される。

ここで、ランド部２３２、下向き傾斜面２３３、角底面２３４、第１上向き傾斜面２３５、第１突起部２３６、第２上向き傾斜面２３７、第２突起部２３８及び上向き溝面２３９はコーナー切削エッジ２３１と切削インサート１００の中心部を連結する対角線上に順次配置される。

（側面切削エッジ部）
切削インサート１００の上部面１と側面２と間の交差部に形成された側面切削エッジ部１３０は全長にわって形成された鋸歯状（serration）を有する。

即ち、各側面切削エッジ部１３０の上部面には全長にわたって低域帯及び高域帯が交互に形成され、この低域帯及び高域帯によって側面切削エッジ部１３０の上部には鋸歯状の側面切削エッジが形成される。

このような側面切削エッジ部１３０の具体的な構造を説明すれば次の通りである。

図５は図２の線Ｂ−Ｂに沿って切断した状態の断面図、図６は図２の線Ｃ−Ｃに沿って切断した状態の断面図であり、側面切削エッジ部１３０に形成された低域部及び高域部の断面をそれぞれ示している。

上述するように、側面切削刃が上記コーナー切削刃から始めて下降及び隆起を繰り返す側面切削エッジ部１３０は、低域帯１３０−１及び高域帯１３０−２が交互に配置される波形状を有する。

図５及び図６に示されるように、低域帯１３０−１及び高域帯１３０−２の先端には、側面切削刃１３１−１、１３１−２が形成される。低域帯１３０−１で、側面切削刃１３１−１と着座面１Ａと間にはランド部１３２−１、下向き傾斜面１３３−１、側面底面１３４−１及び上向き溝面１３５−２が順次に形成される。また、高域帯１３０−２で、側面切削刃１３１−２と着座面１Ａと間にはランド部１３２−２、下向き傾斜面１３３−２、側面底面１３４−２及び上向き溝面１３５−２が順次に形成される。

ここで、高域帯１３０−２の側面底面１３４−２の幅は、上記低域帯１３０−１の側面底面１３４−１の幅より広い。また、図５及び図６に示されるように、低域帯１３０−１の側面切削エッジ１３１−１の高さは、コーナー切削エッジ（図５での水平点線）の高さより低く、高域帯１３０−２先端の側面切削エッジ１３１−２の高さはコーナー切削エッジ（図６での水平点線）の高さと同一である。

一方、図３及び図５に示されるように、低域帯１３０−１中の上記コーナー切削刃２３１に隣接する低域帯は、上記上向き溝面１３５−１の前方に上向き傾斜面１３６−１及び延長隆起部１３７−１が形成されている。ここで、延長隆起部１３７−１はコーナー切削エッジ部２３０の第２突起部２３８から側面切削刃１３１−１と平行した方向に延び、第２突起部２３８より低い。

また、コーナー切削刃２３１とコーナー切削刃２３１に隣接する低域帯１３０−１の境界部には、側面切削刃１３１−１から内側に向かって延びるコーナーリッジ２４０が備えられている。ここで、コーナーリッジ２４０の高さは低域帯１３０−１の側面切削刃１３１−１の高さと同じか低く、角底面２３４より高い。

ここで、コーナーリッジ２４０はコーナー切削エッジ部２３０の第１突起部２３６に向かって延び、第１突起部２３６とコーナーリッジ２４０と間には所定の隙間が形成されることが好ましい。

以下、本発明に係る切削インサートの機能を各図面を参照して説明する。

コーナー切削エッジ部（例えば、図３の２３０）でコーナー切削刃２３１−１とこれに隣接する下向き傾斜面２３３、角底面２３４、切削インサートの対角線に沿って延びた第１突起部２３６、そしてコーナー切削刃２３１−１終端で第１突起部に向かって延びるコーナーリッジ２４０からなる閉鎖型の凹部が形成される。この構造によって低い切削深さの条件でも良好なチップ制御が可能で、切削負荷を最小化することができ、切削インサートの寿命を延ばすことができる。この時、第１突起部２３６の高さは角底面２３４の高さより０．０１〜０．０５ｍｍ高いことが好ましい。

切削インサートの対角線上に延び、第１突起部２３６の高さより高い第２突起部２３８が第１突起部２３６に隣接するように配置される。従って、第１突起部２３６で制御できないより高い切削深さの条件で有効なチップ制御が可能になる。上述するように、第２突起部２３８はその高さがコーナー切削刃２３１より高く、好ましくは０．０２〜０．１０ｍｍ高い。

コーナーリッジ２４０は、コーナー切削刃２３１が終わる地点又はこれと類似な位置より始めて若干長い帯状で切削インサート内側に延びる。このコーナーリッジ２４０は第１突起部２３６と協同して閉鎖的領域を形成するようになるが、この空間によって小さな切削深さの条件でも有効なチップ制御が可能であり、また若干長い長さを有するチップが非切削部方向に流れても２次的に非切削刃から離隔されるようにチップ制御を可能にする。

このコーナーリッジ２４０はコーナー切削刃２３１の高さと同じであるか、好ましくは０．０５ｍｍ以内の範囲で若干高いか低い。コーナーリッジ２４０の高さがあまり低ければ、低い切削深さの条件でチップが適当な長さに分節され難く、反対に高すぎると過度なチップ分節となり振動発生の原因になる。

ここで、コーナーリッジ２４０は第１突起部２３６の先端前の角底面２３４で終わり、第１突起部２３６と若干の隙間が発生する。この隙間によって切削インサートとチップの熱が效果的に発散でき、また振動発生要因として作用する切削負荷が最小限に抑制することができる。

コーナー切削エッジ２３１から若干離れた位置には第２突起部２３８と隣接する延長隆起部１３７−１が形成され、一定の長さを有する延長隆起部は側面切削刃１３１−１と平行するか、または所定の角度を有して延びる。延長隆起部１３７−１の高さは第２突起部２３８の高さより低く、また側面切削刃１３１−１の高さとは同じか、約０．０５ｍｍ高い。

低移送速度で加工が進行されても、大きな切削深さの条件下ではコーナー切削エッジ部２１０、２２０、２３０、２４０に形成されたチップ制御構造だけではチップを效果的に制御するのは難しい。従って、側面切削エッジ部１１０、１２０、１３０、１４０に形成されたチップ制御構造がさらに重要になる。

低移送切削条件では上向き溝面１３５−１、１３５−２を側面切削刃１３１−１、１３１−２よりできるだけ近く配置する必要がある。しかし、この状態では発生されたチップに上向溝面１３５−１、１３５−２と側面切削刃１３１−１、１３１−２との大きな高さ差によって過度のせん断応力が発生し、このせん断応力によって切削負荷が増大し、振動を発生させる。

従って、相対的に低い高さを有しながらも上向き溝面１３５−１、１３５−２の機能と類似な機能を得るために、側面切削刃１３１−１、１３１−２と隣接する位置に別途の延長隆起部を側面切削刃１３１−１、１３１−２と同じか、類似な高さで形成することによって、低移送速度及び高切削深さの条件下でもチップを效果的に制御でき、切削負荷を最小化することができる。

図７は上述したような構造を有する切削インサート１００のコーナー切削エッジ部（例えば、２１０）によって被切削物Ｗが加工される状態を示した図である。

図８は図７に図示された切削インサート１００のコーナー切削エッジ部２１０によった切削工程が終了された後、仕上げ切削段階のために切削インサート１００のいずれか一つの側面切削エッジ部（例えば、１２０）によって被切削物Ｗの外部面を切削する状態を示した図である。

このように、鋸歯状の側面切削エッジ部を有する切削インサート１００は発生されたチップが容易に切断されない軟鋼を外部旋削及び外部面旋削する場合に効果的である。

上記説明された本発明の好ましい実施例は、例示の目的ためだけに開示されたものである。本発明に対する通常の知識を有する当業者であれば本発明の思想と範囲内で様々な修正、変更、付加が当然である。このような修正、変更及び付加は下記の特許請求の範囲に属するものである。

１ 上部面
１A 着座面
２ 側面
１００ 切削インサート
１１０ 側面切削エッジ部
１２０ 側面切削エッジ部
１３０ 側面切削エッジ部
１３０−１ 低域帯
１３０−２ 高域帯
１３１−１ 側面切削刃
１３１−２ 側面切削刃
１３２−１ ランド部
１３２−２ ランド部
１３３−１ 下向き傾斜面
１３３−２ 下向き傾斜面
１３４−１ 側面底面
１３４−２ 側面底面
１３５−２ 上向き溝面
１３５−２ 上向き溝面
１３６−１ 上向き傾斜面
１３７−１ 延長隆起部
１４０ 側面切削エッジ部
２１０ コーナー切削エッジ部
２２０ コーナー切削エッジ部
２３０ コーナー切削エッジ部
２３１ コーナー切削エッジ
２３２ ランド部
２３３ 下向き傾斜面
２３４ 角底面
２３５ 第１上向き傾斜面
２３６ 第１突起部
２３７ 第２上向き傾斜面
２３８ 第２突起部
２３９ 上向き溝面
２４０ コーナーリッジ

Claims (8)

1. 上部面、下部面及びこれらを連結する多数の側面を有し、中央部に中心孔が形成された多角形状の切削インサートにおいて、
   上記上部面の最高高さに平坦な着座面が形成され、
   上記上部面と上記多数の側面の境界部には、上端に側面切削刃がそれぞれ形成された多数の側面切削エッジ部が形成され、
   隣接する２つ側面切削刃の境界部には、先端にコーナー切削刃が形成されたコーナー切削エッジ部が形成され、
   上記コーナー切削エッジ部には、上記コーナー切削刃から上記中心孔に向かう対角線に沿ってランド部、下向き傾斜面、角底面、第１上向き傾斜面、第１突起部、第２上向き傾斜面、第２突起部、上向き溝面、及び着座面が順次形成され、
   上記角底面の高さが上記対角線に沿って最も低いことを特徴とする切削インサート。
2. 上記第１突起部の高さは上記コーナー切削刃より低く、上記第２突起部の高さは上記コーナー切削刃より高いことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 上記側面切削刃は、上記コーナー切削刃から始めて下降及び隆起を繰り返すことで、高域帯及び低域帯が交互に配置される波形状を有することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
4. 上記低域帯及び高域帯はそれぞれ側面切削刃から内側に向かって延び、内側へランド部、下向き傾斜面、側面底面、及び上向き溝面が順次に配置され、側面切削エッジ部を形成することを特徴とする請求項３に記載の切削インサート。
5. 上記高域帯の側面底面の幅は上記低域帯の側面底面の幅より広く形成されることを特徴とする請求項４に記載の切削インサート。
6. 上記低域帯中の上記コーナー切削刃に隣接する低域帯は、上記上向き溝面の前方に上向き傾斜面及び延長隆起部が備えられ、上記延長隆起部は上記第２突起部から側面切削刃と平行した方向に延び、第２突起部の高さより低いことを特徴とする請求項４又は５に記載の切削インサート。
7. 上記コーナー切削刃と上記コーナー切削刃に隣接する低域帯の境界部には、上記側面切削刃から内側に向かって延びるコーナーリッジを備え、上記コーナーリッジの高さは上記側面切削刃と同じであるか低く、上記角底面よりは高いことを特徴とする請求項４又は５に記載の切削インサート。
8. 上記コーナーリッジは上記第１突起部に向かって延び、その延長長さは上記第１突起部と隙間を有するように形成されることを特徴とする請求項７に記載の切削インサート。

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